马尾松人工林林窗内凋落叶微生物生物量碳和氮的动态变化

目前,人工林普遍存在土壤退化、生物多样性降低等生态问题.人工抚育间伐,营造混交林是人们经营和管理人工林的主要方式之一.为了了解这种经营方式对人工林生态系统中养分循环的影响,本文研究了位于长江上游低山丘陵区的42年生马尾松人工林7种林窗(G₁: 100 m²、G₂: 225 m²、G₃: 400 m²、G₄: 625 m²、G₅: 900 m²、G₆: 1225 m²、G₇: 1600 m²)中马尾松和红椿凋落叶分解过程中微生物生物量碳和氮的动态变化.结果表明: 中小型林窗(G₁～G₅)有利于凋落叶分解过程中微生物生物量碳(MBC)和生物量氮(MBN)的增加.马尾松凋落叶中的MBC和MBN以及红椿凋落叶中的MBN,在分解期(360 d)内呈现出先增加后降低的变化,在180 d时三者达到最大值,其最高含量分别达到9.87、0.22和0.80 g·kg^-1.而红椿凋落叶中的MBC在分解90 d时即达到最大值44.40 g·kg^-1.红椿凋落叶中的MBC和MBN显著高于马尾松凋落叶.凋落叶中的微生物生物量碳和氮与日均温和凋落物的含水率显著相关,与凋落物的特性也密切相关.这说明对人工林进行抚育间伐时可将林窗控制在100～900 m²的范围内,有利于凋落叶分解过程中微生物生物量碳和氮的增加,加快凋落叶的分解,提高人工林林地的土壤肥力.     

马尾松人工林林窗大小对四种凋落叶质量损失和养分释放的影响

马尾松人工林乔木层植物凋落物的分解对林地养分平衡和系统物质循环具有重要意义,并可能受不同大小林窗下微环境差异的影响。采用凋落物袋分解法,以马尾松(Pinus massoniana)人工林人为砍伐形成的7个不同大小林窗(G1:100 m~2、G2:225 m~2、G3:400 m~2、C4:625 m~2、G5:900 m~2、G6:1225m~2、G7:1600 m~2)为研究对象,林下(G0)为对照,研究林窗大小对红椿(Toona ciliata)、桢楠(Phoebe zhennan)、香樟(Cinnamomum camphora)和马尾松4种乡土树种凋落叶质量损失及养分释放的影响。结果显示:1)林窗大小(G0-G7)显著影响林窗中心放置的红椿和桢楠凋落叶N和P释放率、香樟凋落叶失重率和N、P、K释放率以及马尾松凋落叶P和K释放率。相对于林下,中小型林窗(G1-G4)的凋落叶失重率和N、P释放率明显较大,而大型林窗(G6-G7)的凋落叶K释放率明显较大。2)林窗内放置位置显著影响红椿、桢楠和马尾松凋落叶的K释放率及香樟凋落叶的P释放率。红椿和桢楠的凋落叶K释放率从林窗中心到边缘显著减少,而马尾松凋落叶K释放率及香樟P释放率从林窗中心到边缘显著增加。3)4种凋落叶类型中红椿凋落叶分解最快,其分解50%和95%所需时间分别为5.29和23.14个月。上述结果表明,林窗大小和林窗内位置对凋落物质量损失及其养分释放具有显著影响,但影响大小及趋势随物种初始基质质量的差异具有明显变化,研究结果为亚热带低山丘陵区马尾松人工低效林的科学经营及管理提高了一定的科学依据。     

马尾松人工林林窗大小对两种凋落叶难降解物质含量的影响

林窗通过改变森林微环境及土壤环境而影响凋落物难降解物质的降解, 目前关于人工林林窗对凋落物分解过程中难降解物质影响的研究较少。该文采用凋落物分解袋法, 以马尾松(Pinus massoniana)人工林人工砍伐形成的7个不同面积的林窗(G1: 100 m²、G2: 225 m²、G3: 400 m²、G4: 625 m²、G5: 900 m²、G6: 1225 m²、G7: 1600 m²)为研究对象, 以林下为对照, 研究了林窗大小对两种乡土树种——樟(Cinnamomum camphora)和红椿(Toona ciliata)凋落叶分解过程中难降解物质(木质素、纤维素、总酚、缩合单宁)含量的影响。结果表明: 1)林窗大小对林窗中心红椿凋落叶缩合单宁、总酚、木质素的含量有显著影响, 对其纤维素含量和樟凋落叶中4种难降解物质含量均无显著影响。随着林窗面积的增大, 红椿凋落叶中除纤维素含量外的其余3种难降解物质含量, 中小型林窗(G1-G5, G1: 100 m², G2: 225 m², G3:400 m², G4: 625 m², G5: 900 m²)低于大型林窗(G6、G7, G6: 1225 m², G7: 1600 m²)。2)林窗不同位置, 只有红椿凋落叶中缩合单宁含量林窗中心显著低于边缘, 其余难降解物质含量和樟凋落叶中4种难降解物质含量均无显著差异。樟凋落叶的木质素含量在G3林窗显著低于林下; 红椿凋落叶除纤维素含量外的其余难降解物质含量, 中小型林窗从林窗中心到边缘均显著低于林下。3)随着分解时间的延长, 两种凋落叶都表现出缩合单宁、纤维素含量降低, 木质素含量升高, 总酚含量先升高后降低的变化趋势。研究结果表明: 中小型林窗(100-900 m²)较大面积林窗干扰更有利于凋落叶中难降解物质的降解, 而林窗内的环境异质性应该是凋落物中难分解物质分解动态的主要调控因子, 并且这种效应依赖于初始凋落物质量。     

林窗尺度对侧柏人工林土壤微生物生物量碳氮的短期影响

为了明晰林窗尺度对侧柏人工林土壤微生物生物量碳氮的短期影响,以徐州市50年生侧柏人工林为研究对象,探讨了开设林窗2a后3种林窗尺度(半径分别为4m,S林窗;8m,M林窗;12m,L林窗)和位置(林窗内、林缘和林窗外部)对土壤微生物生物量碳氮(MBC,Microbial Biomass Carbon;MBN,Microbial Biomass Nitrogen)的影响。结果表明:(1)与对照样地相比,L林窗显著提高了春季(207.1mg/kg)和夏季(169.5mg/kg)林窗外部的土壤MBN含量;M林窗显著提高了春季林窗内部(2959.3mg/kg)和林缘(3008.8mg/kg)位置土壤MBC含量和林缘位置(207.7mg/kg)土壤MBN含量,且显著提高了夏季林窗内部(144.4mg/kg)土壤MBN含量;S林窗显著降低了春季林窗外部和林缘位置土壤MBC(分别为2159.2mg/kg和1955.1mg/kg)和MBN(分别为153.1mg/kg和131.3mg/kg)含量。(2)土壤MBC含量与土壤全碳和土壤可溶性有机碳(DOC)含量呈极显著(P0.01)正相关,与土壤温度呈极显著负相关(在3—27℃之间);土壤MBN含量与土壤含水量和DOC含量呈极显著正相关,与土壤全碳呈显著正相关;土壤MBC和MBN含量与凋落物量没有显著相关关系。本研究中,相对于S和L林窗,M林窗对土壤微生物生物量的提高作用较为明显,可促进侧柏人工林土壤碳氮循环过程,在徐州侧柏人工林中开设M林窗有利于提高土壤肥力和林木生长。     

青海云杉林凋落物分解早期微生物生物量时空动态变化

凋落物分解过程中的微生物生物量动态对于深入了解森林生态系统凋落物分解机理具有重要意义。为了解高寒山地森林典型树种凋落物分解过程中的微生物生物量动态特征,采用凋落物袋野外原位分解法,研究了海拔2850 m、2950 m、3050 m、3150 m和3250 m树冠中心(CC)与树冠边缘(CE)青海云杉(Picea crassifolia)叶凋落物分解过程中凋落物和土壤中的微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)时空动态变化。时间尺度上,不同海拔CC与CE凋落物中的MBC、MBN和MBP在生长季节初期上升,生长季节后期下降;但土壤中的MBC、MBN和MBP却在生长季节初期下降,生长季节后期上升。然而,3050 m海拔CE和3250 m海拔土壤中的MBP含量呈“先下降-后上升-再下降”的倒“N”型变化格局。空间尺度上,凋落物中的MBC和MBN含量高于土壤中的,但MBP出现相反情况;CE处的MBC、MBN和MBP含量均显著(P<0.05)高于CC;总体而言,MBC、MBN和MBP含量以中海拔显著最高(P<0.05),其次为低海拔,高海拔显著最低(...     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程微生物生物量的影响

为进一步深化氮沉降对凋落物分解影响的研究,2016年3月—2017年3月,在华西雨屏区天然常绿阔叶林内,用凋落叶分解袋法研究了模拟氮沉降对凋落叶分解过程中微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)的影响。实验设置了对照(0 g N m~(-2)a~(-1))、低氮(5 g N m~(-2)a~(-1))、中氮(15 g Nm~(-2)a~(-1))和高氮沉降(30 g N m~(-2)a~(-1)) 4个处理。结果表明:低氮和中氮处理显著增加了凋落叶分解过程中的MBC和MBN,以低氮处理增加幅度最高;低氮和中氮处理对凋落叶分解过程中的MBP影响不显著;高氮处理显著降低了分解过程中的MBC、MBN和MBP。随模拟氮沉降量的递增,凋落叶分解过程中微生物生物量碳氮比逐渐减少,微生物生物量碳磷比呈现先增加后下降的趋势。研究结果说明,氮沉降影响了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物分解过程中微生物生物量,进而改变了凋落物的分解过程。     

马尾松人工林林窗边缘效应对樟和红椿凋落叶难降解物质分解的影响

采用凋落物分解袋, 以四川低山丘陵区马尾松人工林人工砍伐形成的7个不同面积的林窗边缘(100、225、400、625、900、1225、1600 m²)为研究对象, 以林下为对照, 研究了2种乡土树种——樟和红椿凋落叶难降解物质(木质素、纤维素、总酚、缩合单宁)在不同大小林窗边缘的降解动态特征.结果表明:马尾松人工林林下与不同大小林窗边缘相比较,红椿凋落叶中除纤维素外,其余难降解物质的降解率以及樟凋落叶木质素降解率均显著高于林下.在全年分解过程中, 2种凋落叶4种难降解物质的降解率总体均呈现持续上升的趋势.其中,缩合单宁降解最快,其次是总酚和纤维素,而木质素降解最慢.随林窗面积的增大, 红椿凋落叶除纤维素外,其余难降解物质在中型林窗边缘(400、625 m²)具有相对较高的降解率,而樟凋落叶的木质素在625 m²林窗边缘时也表现出较高的降解率.在凋落叶分解过程中,难降解物质降解率与凋落叶袋内温度和凋落物质量均呈显著相关.中型林窗(400～625 m²)对凋落物分解过程中难降解物质的降解具有更显著的边缘效应, 而这种边缘效应与物种有一定关联.     

鼎湖山森林演替和海拔梯度上的土壤微生物生物量碳氮变化

在广东鼎湖山选取演替(马尾松林、针阔混交林和季风阔叶林)和海拔(沟谷阔叶林、季风阔叶林和山地阔叶林)梯度上的两组森林,采集凋落物层(未分解L层和半分解/腐殖化F/H层)和矿质土层(0~15 cm)的森林土壤样品,测定微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)及其潜在影响因子(包括含水量、总碳、总氮、总磷、可溶性有机碳和可溶性有机氮),探讨演替和海拔对凋落物层和矿质土层微生物生物量的影响及其机理。结果表明,MBC、MBN、MBC/MBN比值以及碳氮磷总量整体上均随有机质分解程度的增加(L层→F/H层→矿质土层)而降低。随演替进行(马尾松林→混交林→季风林),F/H层和矿质土层的MBC和MBN显著增加,而L层的MBC和MBN在混交林显著低于在马尾松林和季风林。随海拔上升(沟谷林→季风林→山地林),L层的MBC和MBN显著减少,而F/H层和矿质土层的MBC和MBN无显著变化。相关分析表明,在L层中MBC和MBN与含水量呈显著正相关;在F/H层中MBC和MBN与总磷和可溶性有机氮含量呈显著正相关;在矿质土层中MBC和MBN与土壤含水量、碳氮磷总量以及可溶性有机氮含量呈显著正相关。本研究表明,演替和海拔梯度上的土壤微生物生物量变化因土层而异,与不同土层的有机质分解程度、空间位置和养分有效性差异有关。     

油松 辽东栎混交林地表凋落物与氮添加对土壤微生物生物量碳、氮及其活性的影响

2010年9月-2011年10月,在山西省灵空山油松和辽东栎混交林样地采取随机区组设计,研究了地表凋落物和氮添加处理对土壤微生物生物量碳、氮和微生物活性的影响.凋落物处理包括: 剔除凋落物(N)、叶凋落物加倍(L)、枝果凋落物加倍(B)和混合凋落物加倍(LB);氮添加量分别为0(N₀)、5 g·m^-2·a^-1(N₁)和10 g·m^-2·a^-1(N₂).结果表明: 剔除地表凋落物且无氮添加时,油松和辽东栎混交林地的土壤有机碳(SOC)含量显著降低,其他试验处理间对SOC的影响无显著差异.土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)及其活性(MR)的变化范围依次为: 262.42～873.16 mg·kg^-1、73.55～173.85 mg·kg^-1和2.38～3.68mg·kg^-1·d^-1.MBC、MBN和MR两两间呈极显著正相关.氮添加对MBC、MBN和MR均无显著影响;凋落物处理对MR影响显著,表现为混合凋落物加倍处理的MR最高,叶凋落物加倍处理次之,剔除凋落物处理最低,而对MBC和MBN无显著影响.凋落物和氮添加处理在整个试验过程中未表现出交互作用.短期的氮添加处理和森林地表凋落物变化对土壤微生物过程的影响有限.     

油松-辽东栎混交林地表凋落物与氮添加对土壤微生物生物量碳、氮及其活性的影响

2010年9月-2011年10月,在山西省灵空山油松和辽东栎混交林样地采取随机区组设计,研究了地表凋落物和氮添加处理对土壤微生物生物量碳、氮和微生物活性的影响.凋落物处理包括:剔除凋落物(N)、叶凋落物加倍(L)、枝果凋落物加倍(B)和混合凋落物加倍(LB);氮添加量分别为0(N0)、5 g· m-2·a-1(N1)和10 g·m-2·a-1(N2).结果表明:剔除地表凋落物且无氮添加时,油松和辽东栎混交林地的土壤有机碳(SOC)含量显著降低,其他试验处理间对SOC的影响无显著差异.土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)及其活性(MR)的变化范围依次为:262.42 ～ 873.16 mg·kg-1、73.55 ～ 173.85 mg·kg-1和2.38～3.68mg·kg-1·d-1.MBC、MBN和MR两两间呈极显著正相关.氮添加对MBC、MBN和MR均无显著影响;凋落物处理对MR影响显著,表现为混合凋落物加倍处理的MR最高,叶凋落物加倍处理次之,剔除凋落物处理最低,而对MBC和MBN无显著影响.凋落物和氮添加处理在整个试验过程中未表现出交互作用.短期的氮添加处理和森林地表凋落物变化对土壤微生物过程的影响有限.     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism